CN110449556A

CN110449556A - 一种变速箱后壳体铸造方法

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Publication number: CN110449556A
Application number: CN201910800839.6A
Authority: CN
Inventors: 梅益; 鄢天灿; 甘盛霖; 吴巧; 吴艳华; 李辉; 潘成发
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2019-08-28
Filing date: 2019-08-28
Publication date: 2019-11-15

Abstract

本发明公开了一种变速箱后壳体铸造方法，该方法包括步骤：造型材料的选择；分型面的选择；浇注位置的确定；采用一箱一件；设置铸造收缩率；设置起模斜度；砂芯设计：在砂芯上设有定位芯头，采用树脂自硬砂制芯，在砂芯中开设排气道；浇注方式选择：采用封闭中间注入式浇注系统，设置半球形浇口窝，设置带泡沫式陶瓷过滤器网的漏斗形浇口杯；设置冷铁；上下箱内框尺寸相同；熔炼；浇注成型；热处理。本发明使得铸件缺陷位置实现顺序凝固，形成致密组织，且细化该处晶粒，铸件的机械性能得以提高；浇注时，大的杂质将在过滤器外表面被截留，微小杂质将吸附在通道的壁面上，且使金属液的流动方式由湍流变为层流，减少过滤后金属进一步氧化的可能。

Description

一种变速箱后壳体铸造方法

技术领域

本发明涉及一种变速箱后壳体铸造方法，属于变速箱后壳体铸造技术领域。

背景技术

变速箱后壳体为轻卡变速箱后壳体，变速箱是机械设备中常用的传动装置，广泛地应用到汽车上。轻卡变速箱是汽车转动零件的重要部件，变速箱后壳体主要用于支撑和保护齿轮传动机构，同时可将润滑油封存在变速箱内。变速箱壳体的质量直接影响到变速箱整体性能，因此对控制其质量和精度有着重要意义。变速箱后壳体主要用于轻卡汽车变速箱上，其轮廓尺寸275mm×176mm×160mm，壁厚约5～28mm，主要壁厚为5mm，质量为8.3kg，属于中等复杂薄壁壳体小型灰铁铸件，铸件上具有凹槽、凸台及加强筋等多种成型特征。其三维模型如图1所示。现有的变速箱后壳体铸件存在铸件铸造效率低，尺寸精度较低，易产生缩孔、缩松、裂纹及穿透性等缺陷，生产出的铸件质量难保证，无法达到铸件的性能要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种变速箱后壳体铸造方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种变速箱后壳体铸造方法，该方法包括以下步骤：

第一步、造型材料的选择：采用树脂砂作为造型材料；

第二步、分型面的选择：选择零件前后竖直方向对称面为分型面；

第三步、浇注位置的确定：采用中间注入式浇注系统，浇注位置和分型面设置在一个平面，将零件卧式浇注，即：把变速箱后壳体大平面放置于侧面；

第四步、采用一箱一件；

第五步、设置铸造收缩率：铸造收缩率为1.0%；

第六步、设置起模斜度：拔模斜度值为α=0°55′，起模斜度a=1.6mm；

第七步、砂芯设计：在砂芯上设有定位芯头，采用树脂自硬砂制芯，在砂芯中开设排气道；

第八步、浇注方式选择：采用封闭中间注入式浇注系统，浇口比选择∑F直:∑F横:∑F内= 1.4：1.2：1，共开设2个内浇道, 1条横浇道，1条直浇道，直浇道的斜度为 2%～4%的上大下小的锥形圆棒，在直浇道底部设置半球形浇口窝，直浇道上端设置带滤网的漏斗形浇口杯，滤网采用泡沫式陶瓷过滤器；

第九步、冷铁设置：在铸件侧面的加强筋和凸台结合处设置冷铁，冷铁采用板形冷铁，冷铁厚度为12mm，长为150mm，间距为14mm；

第十步、砂箱选择：砂箱材料选择铸铁，上下箱内框尺寸相同；

第十一步、选择无芯工频感应炉对铸件材料进行熔炼，在熔炼时加入孕育剂来减少白口铸铁的生成，选择硅铁为孕育剂；

第十二步、将铸造设备的各个部件组装后，采用常规的铸件浇注方法进行浇注获得变速箱后壳体铸件。

第十三步、采用人工时效处理变速箱后壳体铸件，对铸件进行抛丸处理，采用粒度为1±0.2mm的灰铸铁丸，抛丸机以60～80m/s 的抛射速度和100～200kg/min 抛射量将灰铸铁丸抛向铸件。

步骤一中树脂砂使用碱性酚醛树脂自硬砂，碱性酚醛树脂自硬砂的成分及其质量分数如下：型砂中旧砂为40%～65%，新砂为35%～60%，树脂为1.5%～1.7%，固化剂占树脂质量的30%，抗拉强度为0.4%～0.7%；芯砂中旧砂为60%～70%，新砂为30%～40%，树脂为1.7%～2.0%，固化剂占树脂的30%，抗拉强度为0.7%～1.2%。

步骤一中树脂砂需要涂料处理，涂料为树脂砂用水基涂料，水基涂料的成分和质量百分比为：石墨粉为30%，滑石粉为10%，焦炭粉为30%，石英粉为30%，膨润土为2%，CMC为0.3%。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明效果如下：

（1）本发明针对铸件集热较为集中部位（在铸件侧面的加强筋和凸台结合处设置冷铁）设计冷铁进行激冷，使铸件实现顺序凝固,减少铸造缺陷，有效解决铸件上加强筋和凸台结合处易形成热节，不易于铸件顺序凝固，使铸件产生铸造缺陷的问题，在冷铁的作用下，使得铸件缺陷位置实现顺序凝固，形成致密组织，且细化该处晶粒，铸件的机械性能得以提高；采用泡沫式陶瓷过滤器，其孔隙率较高，挡渣能力较好。浇注时，大的杂质将在过滤器外表面被截留，微小杂质将吸附在通道的壁面上。且使金属液的流动方式由湍流变为层流，减少过滤后金属进一步氧化的可能，实用本发明的铸造方案，铸造效率高，铸造精度好，大大降低产生缩孔、缩松、裂纹和穿透性的缺陷的概率，铸件质量更好，能够满足铸件性能要求；

（2）在直浇道底部设置一个能挡渣和缓解紊流的半球形浇口窝，为避免金属液在充型过程产生紊流和对直浇道底部产生冲刷作用。

附图说明

图1是铸件等轴侧立体结构示意图；

图2是铸件下侧立体结构示意图；

图3是铸件分型面结构示意图；

图4是机械加工余量结构示意图；

图5是浇注系统结构示意图；

图6是冷铁设置位置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

如图1-2所示，变速箱后壳体选用材质为HT200，其化学成分为：C为3.3%～3.5%，Si为1.9%～2.3%，Mn为0.6%～0.8%，P≤0.30%，S≤0.12%，其余为铁；HT200力学性能较高，铸造性能优良，具有较好抗氧化和抗腐蚀能力。灰铁合金具有良好铸造性能、流动性等优点，这有利于减少铸造过程的缺陷。

灰铸铁从液态凝固成固态时容易产生白口组织，故需加入一定量的孕育剂对白口组织进行改善，本次采用硅铁（75%FeSi）作为孕育剂，孕育剂加入量为0.1%～0.2%，其中孕育前白口宽为4mm～8mm, 孕育后白口宽为2mm～6mm。

实施例1：如图1- 6所示，一种变速箱后壳体铸造方法，该方法包括以下步骤：

第一步、造型材料的选择：由于树脂砂流动性好、易紧实，强度好且易溃散，故此次采用树脂砂作为造型材料。考虑到灰铁铸件容易会出现气孔、针孔类铸造缺陷，从而影响铸件质量，故型砂应具有较小的发气量，采用树脂砂作为造型材料，使用碱性酚醛树脂自硬砂，碱性酚醛树脂自硬砂的成分如下：型砂中旧砂为40%～65%，新砂为35%～60%，树脂为1.5%～1.7%，固化剂（占树脂%）为30%，抗拉强度为0.4%～0.7%；芯砂中旧砂为60%～70%，新砂为30%～40%，树脂为1.7%～2.0%，固化剂（占树脂%）30%，抗拉强度为0.7%～1.2%，树脂砂铸型上容易产生气孔、针孔、裂纹、硬度不足等铸造缺陷，结合铸件产生的缺陷问题，采用的涂料为树脂砂用水基涂料，水基涂料的成分为：石墨粉为30%，滑石粉为10%，焦炭粉为30%，石英粉为30%，膨润土为2%，CMC为0.3%；

第二步、分型面的选择：选择零件前后竖直方向对称面为分型面，选择此处作为分型面，上、下箱高度差距不大，在合箱时定位精准，且芯数少，下芯方便，便于取模，如图3所示，；

第三步、浇注位置的确定：浇注位置通常是指铸件在浇注时所在型内的位置。选择合适的浇注位置能够减少铸造缺陷，控制铸件顺序凝固，保证其内部组织均匀。本次铸件材料为HT200，浇注时容易卷入气体，从而形成针孔、浇不足等缺陷，因此浇注时力求金属液平稳充型，采用中间注入式浇注系统，浇注位置和分型面设置在一个平面，将零件卧式浇注，即：把变速箱后壳体大平面放置于侧面；

第四步、铸件为薄壁壳体，为了提高铸件的质量和出品率，采用一箱一件造型；

根据变速箱后壳体铸件的结构特点，在工艺设计时，应考虑在铸件重要面留有一定的加工余量，以保证其粗糙度要求。本铸件加工余量设置位置如图4所示。考虑到本铸件采用砂型铸造手工造型，其加工余量等级为F～H，故设置1处加工余量为2mm，2处为4mm，3处为4mm；

第五步、设置铸造收缩率：金属由液态凝固成固态时会产生收缩，铸件的尺寸会发生一定变化，且铸件最后凝固部位容易产生缩孔、缩松等铸造缺陷。为保证铸件尺寸精确及避免上述缺陷的产生，取铸件的铸造收缩率为1.0%；

第六步、设置起模斜度：为方便将模样从砂箱中取出，避免取模时损坏砂型或砂芯，故模具在垂直分型面方向上需设计一定的起模斜度。根据自硬树脂砂造型确定拔模斜度值为α=0°55′，起模斜度a=1.6mm；

第七步、砂芯设计：采用碱性酚醛树脂自硬砂制芯，需在铸件内腔设计砂型以实现分型，为了降低铸造工艺难度和经济成本，提高造型效率，故采用整芯制造。

砂芯设计的要求：

1）应合理设置砂芯在砂型中的位置，确保铸件形状、尺寸满足工艺要求。

2）砂芯应具有一定的溃散性，方便后期清砂，同时砂芯应具备一定的强度和刚度。

3）砂芯的透气性要好，应具有一定退让性来减少收缩阻力。

为保证合箱时芯的位置准确，故在砂芯上设有定位芯头，实现砂芯的定位，采用树脂自硬砂制芯，在浇注过程中，由于高温金属液使砂芯中的水分汽化，有机物挥发、分解和燃烧，产生大量气体，故制芯时需在在砂芯中开设排气道；

第八步、浇注方式选择：变速箱后壳体铸件属于薄壁铸件，要求浇注系统对金属液有一定的阻渣作用，考虑到封闭式浇注系统有较好的挡渣能力，金属液消耗小，节约能源，成本也比较低，故采用采用封闭中间注入式浇注系统，浇口比选择∑F直:∑F横:∑F内= 1.4：1.2：1，共开设2个内浇道, 1条横浇道，1条直浇道，直浇道的斜度为 2%～4%的上大下小的锥形圆棒，为避免金属液在充型过程产生紊流和对直浇道底部产生冲刷作用，在直浇道底部设置能挡渣和缓解紊流的半球形浇口窝，为了承接来自浇包的高温金属液，并防止金属液飞溅和溢出，在直浇道上端设置带带滤网的漏斗形浇口杯，浇口杯不仅能缓解金属液对砂型的冲击，还能集气和集渣，在浇注过程中应该对金属液进行过滤处理，本发明中滤网采用泡沫式陶瓷过滤器。其孔隙率较高，挡渣能力较好。浇注时，大的杂质将在过滤器外表面被截留，微小杂质将吸附在通道的壁面上。且使金属液的流动方式由湍流变为层流，减少过滤后金属进一步氧化的可能，浇注系统如图5所示，图中，1-浇口杯，2-过滤网，3-直浇道，4-内浇道，5-横浇道，6-直浇道窝，7-铸件；

第九步、冷铁设置：为使铸件实现顺序凝固,减少铸造缺陷，故需在铸件集热较为集中部位设计冷铁进行激冷。本次设计使用板形冷铁，考虑到变速箱后壳体铸件材质为HT200，故选用钢为冷铁材料，其来源广，成本低，激冷效果好，在铸件侧面的加强筋和凸台结合处设置冷铁，冷铁采用板形冷铁，冷铁厚度为12mm，长为150mm，间距为14mm；根据铸件结构特点，如图6所示标记位置，铸件上加强筋和凸台结合处易形成热节，不易于铸件顺序凝固，使铸件产生铸造缺陷，故需在该处设计板形冷铁，冷铁厚度为12mm，长为150mm，间距为14mm。在冷铁的作用下，使得铸件缺陷位置实现顺序凝固，形成致密组织，且细化该处晶粒，铸件的机械性能得以提高。

第十步、砂箱选择：砂箱材料采用成本低、制造方便、强度与刚度均较高的铸铁。由于采用中间浇注工艺，且分型面选在铸件中间，因此上下箱内框尺寸相同，根据铸件吃沙量确定上下砂箱内框尺寸为400mm（长）×350mm（宽）×250mm（高）；

第十一步、铸件为大批量生产，为保证铸件质量，选择无芯工频感应炉对铸件材料进行熔炼，在熔炼时加入孕育剂来减少白口铸铁的生成，选择硅铁为孕育剂；

第十三步、变速箱后壳体热处理状态要求人工时效处理，提高了铸件的抗拉强度。具体热处理过程如下：

1）热处理前检测（灰铸铁固溶炉设备检测）。

2）加热至 140±5℃保温5～6h 。

3)铸件有变形且影响到铸件实际使用，则进行铸件变形的矫正。

为提高铸件表面硬度和减少铸件应力，故对铸件进行抛丸处理。由于本铸件材质为HT200，对铸件进行抛丸处理，采用粒度为1±0.2mm的灰铸铁丸，抛丸机以60～80m/s 的抛射速度和100～200kg/min 抛射量将灰铸铁丸抛向铸件。

步骤一中树脂砂使用碱性酚醛树脂自硬砂，碱性酚醛树脂自硬砂的成分及其质量分数如下：型砂中旧砂为40%～65%，新砂为35%～60%，树脂为1.5%～1.7%，固化剂（占树脂%）为30%，抗拉强度为0.4%～0.7%；芯砂中旧砂为60%～70%，新砂为30%～40%，树脂为1.7%～2.0%，固化剂占树脂的30%，抗拉强度为0.7%～1.2%。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种变速箱后壳体铸造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

第一步、造型材料的选择：采用树脂砂作为造型材料；

第四步、采用一箱一件；

第五步、设置铸造收缩率：铸造收缩率为1.0%；

第八步、浇注方式选择：采用封闭中间注入式浇注系统，浇口比选择∑F直:∑F横:∑F内= 1.4：1.2：1，共开设2个内浇道, 1条横浇道，1条直浇道，直浇道的斜度为 2%～4%的上大下小的锥形圆棒，在直浇道底部设置半球形浇口窝，直浇道上端设置带带滤网的漏斗形浇口杯，滤网采用泡沫式陶瓷过滤器；

第十二步、将铸造设备的各个部件组装后，采用常规的铸件浇注方法进行浇注获得变速箱后壳体铸件；

2.根据权利要求1所述的一种变速箱后壳体铸造方法，其特征在于：步骤一中，树脂砂使用碱性酚醛树脂自硬砂，碱性酚醛树脂自硬砂的成分及其质量分数如下：型砂中旧砂为40%～65%，新砂为35%～60%，树脂为1.5%～1.7%，固化剂（占树脂%）为30%，抗拉强度为0.4%～0.7%；芯砂中旧砂为60%～70%，新砂为30%～40%，树脂为1.7%～2.0%，固化剂占树脂的30%，抗拉强度为0.7%～1.2%。

3.根据权利要求1所述的一种变速箱后壳体铸造方法，其特征在于：步骤一中树脂砂需要涂料处理，涂料为树脂砂用水基涂料，水基涂料的成分和质量百分比为：石墨粉为30%，滑石粉为10%，焦炭粉为30%，石英粉为30%，膨润土为2%，CMC为0.3%。